JP2009156589A - 磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計自由度を高め、コストダウンを図り、耐久性及び動作精度を向上させる。
【解決手段】被検出体（３）となる凹凸状磁性移動体、若しくは間隔を設けて磁性体を配置した移動体に対向した位置に、移動体の移動方向に沿ってバイアス磁界を付加する磁石（１）を備えた２個以上の磁気センサ（２）を配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石と磁気センサを一体化させた磁石付き磁気センサを用いた磁性体の移動方向検出装置に関する。

従来のこの種の検出装置としては、回転体に取り付けられ外周部に複数極着磁された磁石と、この磁石の外周面と対向するように配設された平板状をなす磁性材製の取付板と、この取付板の板面に取り付けられ前記磁石の磁気検出により互いに位相の異なる信号を出力する複数個の磁気センサとを具備してなるものが知られている（特許文献１参照）。この装置では、小型化を図ることができ、コストダウンを図り、しかも磁気センサを平板状の取付板に配設しても磁束を磁気センサに直交状態に通すことができ従来と同等の検出特性を得ることができる、という優れた効果を奏するものである。

他の従来例としては、固定部と回転体とを有し、固定部と回転体の一方に所定のパターンの電極が設けられ、他方に前記電極に対向するＡ相、Ｂ相およびＣ相の接触子が設けられ、前記回転体が回転するときに、それぞれの接触子と前記電極の接触と非接触に応じて、Ａ相―Ｃ相間およびＢ相―Ｃ相間が導通と非導通とにスイッチングされ、且つ前記回転体を回転させたときに所定のクリック角度毎に回転体を安定状態とするクリック機構が設けられているものが知られている（特許文献２参照）。そして、Ａ相―Ｃ相間とＢ相―Ｃ相間は、いずれも導通と非導通の一方が第１の状態で、他方が第２の状態であり、Ａ相―Ｃ相間が第１の状態でＢ相―Ｃ相間が第２の状態で回転体が前記クリック機構で安定させられているときを基準位相とし、前記基準位相を起点として、回転体が一方向へ１クリック角度だけ回転して安定状態となったときに、Ａ相―Ｃ相間が第２の状態で、Ｂ相―Ｃ相間が第１の状態に設定され、前記基準位相を起点として、回転体が他方向へ１クリック角度だけ回転して安定状態となったときに、Ａ相―Ｃ相間とＢ相―Ｃ相間が共に第１の状態に設定されるようになっているものである。

さらに別の従来例としては、バイアス磁界を発生する磁石と、この磁石のバイアス磁界中に、被検出対象である凹凸状磁性回転体に対向しその回転方向に並べて配置され、上記被検出対象の回転に応じるバイアス磁界の状態変化により抵抗変化を生じる磁気抵抗素子組で構成された第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路の中点電圧の増減方向を検出し倫理値を出力する第１コンパレータと、第１ブリッジ回路の中点電圧と２種類の所定の電圧レベルと大小を比較し倫理値を出力する第２コンパレータおよび第３コンパレータと、第２ブリッジ回路の中点電圧の増減方向を検出し倫理値を出力する第４コンパレータと、第２ブリッジ回路の中点電圧と所定の電圧レベルとの大小を比較し倫理値を出力する第５コンパレータとを備え、第１コンパレータ〜第５コンパレータの出力の組合せにより上記被検出対象の回転方向を識別するようにした回転状態検出装置も知られている（特許文献３参照）。
特開平６−５８７６７号公報（２頁、図１） 特開２００６−１７６９４号公報（７頁、図２） 特開２００７−７１７０９号公報（３、４頁、図２）

特許文献１に開示されたものでは、回転体に複数極着磁しなければならないので、コストが嵩むという不都合があった。また、特許文献２に開示されたものでは、金属接点を有し、接触子と導通部とが接触することにより磨耗が生じ、寿命が短いという欠点があった。さらに、特許文献３に開示されたものでは、磁気抵抗効果素子で構成されたブリッジ回路（文献３中図７参照）と、さらにコンパレータを５個使用し磁性体から構成される凹凸状磁性回転体を回転させ、前記凹凸状磁性回転体の対向位置に磁気抵抗効果素子組として構成されたセンサを配置して回転状態を検知している。しかし、凹凸状磁性回転体が高分解能になった場合、４個の磁気抵抗効果素子の内少なくとも、ａ、ｂ２箇所の距離の変更が必要になるため磁気抵抗効果素子組の内部回路を変更しなければならず（文献３の図８と図９参照）、変更にコストや時間がかかってしまうという欠点があった。

そこで、本発明は、設計自由度が大きく、生産コストも低減でき、耐久性及び動作精度が向上した磁性体の移動方向検出装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、被検出体となる凹凸状磁性移動体、若しくは間隔を設けて磁性体を配置した移動体に対向した位置に移動体の移動方向に沿ってバイアス磁界を付加する磁石を備えた２個以上の磁気センサを配置したものである。そして、磁石付き磁気センサの磁気感応素子としては、磁気抵抗効果素子を使用したものである。

本発明によれば、被検出体となる凹凸状磁性移動体、若しくは間隔を設けて磁気体を配置した移動体に対向した位置に、移動体の移動方向に沿ってバイアス磁界を付加する磁石を備えた２個以上の磁気センサを配置したので、移動体の生産コストを削減し、精度良く作れるとともに、特許文献１のような磨耗がなくなり長寿命化が実現できる。

以下に、本発明の好適な実施形態について図面を参照にして説明する。

図１及び図２に示す実施形態において、バイアス磁界を発生させる磁石１とそのバイアス磁界中に磁気センサ２を取り付け一組とし、被検出体３となる磁性体と前記磁石１付き磁気センサ２との距離に応じる磁束の変化により、被検出体３の接近を検出している。本事例において磁石付き磁気センサ２は、磁気抵抗効果素子からなるセンサでありプリント基板４に半田付けされた状態を示している。

前記被検出体３の凸面が磁石付き磁気センサ２の近傍に存在する時とそうでない時の磁束の変化を図１と図２は示している。通常、図１のように磁石１から発せられる磁界が磁気センサ２に印加された状態であり、この状態を前記被検出体３の凸面が離れた状態と判断する。凸面が接近している時は、図２のように磁束が凸面に集中し磁気センサ２近傍の磁束密度が低くなる。これにより、凸面が近接していると判断する。例えば、このような磁気センサ２に磁気抵抗効果素子を使用する場合、図３のような内部回路が好ましい。図３の回路では磁気抵抗素子２０でブリッジ回路を構成し、その中点電圧をコンパレータ５で比較し、表１のように凸面接近時は「ＯＮ」を出力し、凹面接近時は「ＯＦＦ」を出力する。これにより、例えば、鉄のような磁性体を移動体（被検出体）３に用いることが可能になり、磁石１と動かす機構が削減でき、コストや生産性を向上させている。また、非接触で検知するため、磨耗による劣化は起こり得なくなり、長寿命化が期待できる。

図４は磁気センサ２の位置関係を示している。この２個の磁石付き磁気センサ２Ａ、２Ｂの回転軸を中心とした位置関係は
θ＝（１／４＋ｎ）×α（ｎ：２つの磁気センサが重ならないような整数、α：１周期の角度）・・・（１）式
という関係式が成り立っている。しかし、回転体が高速度回転した場合などに磁石付き磁気センサ２が残留磁化の影響を受けてしまう可能性があることから、この中で最も離れた位置関係、つまり、
θ＝（１８０°±１／４α）（α：１周期の角度）・・・（２）式
に配置するとなお良い。この関係式により出力波形の位相を図５のように１／４周期ずらしている。

図５では「Ｓ」を基準として、回転体が「Ｒ」方向に回転すると先に磁石付き磁気センサ２ＡがＯＮになり、続いて磁石付き磁気センサ２ＢがＯＮになる。「Ｌ」方向に回転すると先に磁石付き磁気センサ２ＢがＯＮになり、続いて磁石付き磁気センサ２ＡがＯＮになる。これらにより回転体（被検出体）１の回転方向を識別できる。また、例えば、被検出体１として、図６のように凹凸状磁性回転体を用いても良いし、図７のように前記移動体（被検出体）１が非磁性体１Ａに間隔を設けて磁性体１Ｂを配置した回転体を用いても良い。以上のように２個の磁石付き磁気センサ２Ａ、２Ｂを用いることで、分解能を変更しようとした時でも磁石付き磁気センサ２の配置を変更するだけでよく、容易に対応できる。このような使い方として、空調装置の温度調節ダイアルや風量調節のスイッチなどが挙げられる。

図８は磁石付き磁気センサ２をリジットプリント基板（ＲＰＣ）４Ａ（４）に実装したもので、磁石付き磁気センサ２の位置変更は基板４Ａの回路パターンを変更するだけで対応できるようになっている。また、図９では、磁石付き磁気センサ２をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）４Ｂ（４）に実装したものを示している。前記ＦＰＣ４Ｂは構造に余裕を持たせており、これにより分解能や機構変更の際、ＦＰＣ４Ｂの回路パターンを変えることなく位置の移動だけで対応できるようになっている。

図１０のように、歯車状の磁性回転体（被検出体）１もしくは回転軸１０に対して垂直方向に間隔を空けて磁性体を配置する場合、その対向に２個の磁石付き磁気センサ２Ａ、２Ｂを前述（１）式、（２）式の位置関係で配置することにより、回転方向を検出することが可能になる。また、ＦＰＣ４Ｂを採用することで磁石付き磁気センサ２の配置や位置の変更も容易になる。このような使い方としては、例えばマウスのホイール部やリモコンのジョグダイアルなどが挙げられる。

図１１に示す実施形態は、被検出体１として直線状の凹凸状磁性移動体や間隔を設けて磁性体を配置した移動体の場合、それに平行して２個に磁石付き磁気センサ２Ａ、２Ｂの距離Ｌを関係式
Ｌ＝（１／４＋ｎ）×ｌ（ｎ：自然数、ｌ：１周期の距離）・・・（３）式
の位置関係で配置することにより、移動方向、移動距離を検出することが可能になる。このような使い方としては、例えばスライドドアやスライドシートの位置検出などが挙げられる。

本発明の実施形態の被検出体の凹面と磁石とが遠ざかった位置での正面図。 被検出体の凸面と磁石とが近づいた状態での正面図。 磁気センサの回路図。 ２個の磁気センサの位置関係を示す平面図。 出力波形図。 被検出体の一例を示す斜視図。 被検出体の他の例を示す斜視図。 リジットプリント基板に磁気センサを実装した斜視図。 ＦＰＣに磁気センサを実装した斜視図。 他の実施形態を示す斜視図。 さらに別の実施形態を示す正面図。

符号の説明

１ 磁石
２ 磁気センサ
３ 被検出体

Claims (6)

1. 被検出体となる凹凸状磁性移動体、若しくは間隔を設けて磁性体を配置した移動体に対向した位置に、移動体の移動方向に沿ってバイアス磁界を付加する磁石を備えた２個以上の磁気センサを配置したことを特徴とする磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。
2. 前記磁石付き磁気センサの磁気感応素子として磁気抵抗効果素子を使用したことを特徴とする請求項１に記載の磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。
3. 前記被検出体が回転体の場合、２個の磁石付き磁気センサの回転軸を中心とした位置関係θをθ＝（１／４＋ｎ）×α（ｎ：２つの磁気センサが重ならないような整数、α：１周期の角度）とした位置関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。
4. 前記被検出体が直線状の場合、それに平行して２個の磁石付き磁気センサの距離Ｌを
   Ｌ＝（１／４÷ｎ）×ｌ（ｎ：自然数、ｌ：１周期の距離）とした位置関係としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。
5. 前記磁気センサをプリント基板に実装する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。
6. 前記プリント基板は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項５に記載の磁石付き磁気センサを使用した磁性体の移動方向検出装置。

Images